【菜鸟级扫盲贴】卫星数据通信技术

我是菜鸟，从网上扒了些我们菜鸟扫盲用的材料，与大家分享
网络技术论坛

                     卫星数据通信技术
　
      近十年来，国内信息网络的发展对通信基础设施提出了越来越高
的要求。各种网络接入技术越来越受到人们的重视。网络接入大致上可
分为网络接入和单机接入两类。许多技术如DDN，xDSL，56K，ISDN，微
波，帧中继，卫星通信等都成为人们的关注对象。为便于大家作网络连
接，我们将从用户应用的角度上陆续介绍这些技术和相关情况。本文简
要介绍卫星数据通信技术。
　
一、概述
      卫星通信传输技术是利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大
跨度、大范围、远距离的电视和数据广播、定点式数据通信、以及漫游
和机动灵活的移动通信服务，是陆基通信系统的扩展和延伸，在边远地
区、山区、海岛、受灾区、远洋船只和远航飞机等应用场所更具独特的
优越性。

       按照系统采用的技术，卫星通信系统可分为静止轨道卫星系统、中
轨道卫星系统和低轨道卫星系统。静止轨道卫星系统技术成熟，成本相
对较低；低轨道卫星系统具有传输延时短、路径损耗小、易实现全球覆
盖和避免了静止轨道的拥挤等优点；而中轨道卫星系统则兼有上述两种
系统的优缺点。

       近年来随着INTERNET的迅速发展，网络上出现了大量多媒体信息，
使得原来本已拥挤的通信线路更加紧张。在现实条件下，INTERNET在现
有的覆盖全球的电信网络之上实现完全陆基连接方式是不可能的。因此
，许多跨国公司把的解决方案寄托在卫星通信网上。甚至Microsoft的
Bill Gates总裁也看重卫星通信市场的广阔前景，联合开发Teledesic
卫星系统，准备在2002年左右发射288颗近地轨道卫星形成覆盖全球各
个角落的计算机网络系统。

       和地面通信网络相比，卫星通信网络有着其许多独特的优点。首先
，极高的工作频率为高带宽的数据传输提供了可能，其Ku波段工作在11
－18GHz，Ka波段工作在18－31GHz，很容易实现上百兆的传输能力；另
外，卫星覆盖面广，采用地球同步静止轨道卫星，运行在36000公里的
高空，只需三颗卫星就能覆盖到地球的每一个角落。但是由于36000公
里的高空距离所造成的240毫秒的空间延时，无法实现实时信息传输。
低轨道卫星通信网络可以减少无线空间传输时延，但需要发射更多的卫
星才能覆盖全球，如Motorola公司的铱系统由66颗卫星组成。
　
二、技术
　
1、空间段技术
卫星通信系统空间段技术的发展体现在卫星星体的重量、功率和尺寸不
断增大，寿命不断延长，星上通信设备和功能不断增强(日趋复杂和完
善)。卫星转发器数目增多，从最少1个增加到48个，同时每个转发器的
容量增加到36MHz(C波段)/54MHz(Ku波段)； 使用频段从C波段(6/4GHz)
移向Ku波段(14/12GHz或14/11GHz)； 星上天线增多，从第四代卫星开
始逐步形成由全球波束、半球波束、区域波束和点波束组成的多波束系
统，频率复用次数增多；
实现星上波束交换。

2、地面段技术
由于固化器件、微电子技术和数字技术的发展，地球地面站以往采用的
超低温参数放大器、速调管或行波管放大器分别可用全固化常温低噪声
放大器和全固化功率放大器来代替；再加上卫星功率不断增大，这些使
得地面站逐步由大变小，天线直径由30米减小到几米甚至不到1米。

3、组网技术
多址复用通信方式使卫星可以同时提供电话、电视和数据通信业务。多
址技术和星上交换技术的发展允许更多的地面站同时合理地利用卫星资
源；除了点对点联网外，还可以实现一点对多点的广播式联网，另外可
根据需要组成星形结构和网状结构的网络。

4、频率复用
卫星系统中通常采用两种办法来实现频率复用。一种办法是同一频带采
用不同极化，如垂直极化和水平极化。左旋圆极化和右旋圆极化等；另
一种办法是不同波束内重复使用同一频带，此办法广泛使用于多波束系
统中。

5、多址技术
目前实现的多址技术主要有频分多址、时分多址和码分多址。

6、多波束和星上交换
多波束技术使得每个波束可以使用同一频率，互不干扰，实现频率多次
复用，增加卫星的总容量，同时使得地面站设备简化。星上交换是指在
多波束卫星上采用动态接续矩阵进行波束交换，按需要把响应的上行波
束和下行波束互连起来，以满足各波束覆盖范围内所有地面站之间的通
信需求。
　
三、组网技术及其应用
以下主要介绍静止轨道卫星系统非移动式数据网络技术及其应用。

1、广播式卫星数据网络
广播式卫星数据网络是将电视信号及其它信息从一地面中心站通过其上
行信道传送至卫星，再通过卫星转发，利用其下行信道广播至各个地面
接收站。其特点是一点对多点的单向传输。应用场合有模拟和数字电视
广播、股票交易所和证券公司实时信息接收网络等。

2、信道竞争式卫星数据网络
信道竞争式卫星数据网络是中心站利用其独有的上下行信道与卫星进行
双向传输，而各地分布的小型地面站按照一定规则去竞争分配带宽固定
的卫星信道，以便和中心站进行双向数据传输。其优点是使用小带宽即
可完成各小站系统与中心站的星形连接。适用于突发性的信息量较少传
输的应用场合。应用实例如云南烟草卫星专用网络等。

3、信道预分配卫星数据网络
信道预分配卫星数据网络是采用一定的调制方式，对卫星信道进行预先
分配或指定，为用户提供基本固定的数据传输通道。其主要应用于流量
较稳定的点对点双向传输，可以为大型数据网络的主干网信道，为其提
供点对点的卫星专用数据线路(SCPC/PA)，网络结构可以根据实际需求
灵活设定，如网状结构或星形结构或树状结构。

4、信道按需分配卫星数据网络(BOD)
信道按需分配卫星数据网络是在信道预分配卫星数据网络的基础上对进
行智能化改善，使其能按照实际流量动态分配卫星信道带宽。其特点是
增加了网络管理的复杂性和难度而获得卫星信道带宽的最佳利用率。信
道按需分配技术是目前卫星应用技术发展的方向之一，如EFData公司的
Phonix系统。

5、混合型卫星数据网络
对于大型的综合数据业务的卫星网络(如中国电信)有时需要采用以上各
种类型网络以满足相应需求。卫星公司必须能提供各种设备和方案以满
足客户的具体要求，从某种意义上而言，卫星公司可以说是混合型卫星
网络的提供者。
　
四、覆盖我国的静止卫星资源介绍
10多年前，除中国、日本、澳大利亚和印度尼西亚有自己的国内卫星通
信外，亚太地区的通信活动以租用国际卫星组织的卫星和海事卫星为主
。近年来，随着亚太地区经济的高速发展，其对通信的需求越来越大，
特别是在卫星通信方面。由于该地区的卫星通信起步较晚，空间段信道
资源极为紧张。值得庆幸的是，本世纪末的卫星发射安排将逐步缓和目
前资源紧张的局面。在卫星市场中，竞争主要表现在对转发器资源和轨
道位置资源两个方面的争夺。以下列表介绍已在轨和近两年内即将发射
的覆盖我国的主要的静止通信卫星情况。

国家和组织卫星名称生产厂家发射时间轨道转发器覆盖范围
　



五、卫星通信的现状和发展趋势
据美国Via Satellite杂志资料，截止1997年5月全球共有172颗在轨静
止轨道卫星，共计有3625个C/Ku频段的转发器(按36MHz带宽计)。另外
，正在建造和计划发射的卫星有81颗，共计2251个转发器。目前，我国
大陆用于国内业务的转发器总数是42个左右(按36MHz带宽计)，总带宽
为1.512GHz。卫星通信的发展趋势如下：传统的C、Ku频段静止轨道卫
星将保持稳定发展，并将以大容量(转发器数量在50个左右)、高功率(
功率为8000瓦至15000瓦)和长寿命(寿命在15年左右)的新系统逐步更换
现有系统。 静止轨道卫星移动通信系统服务对象将从原有的传统用户
转移至缺少陆地服务的边远地区。 Ka频段静止轨道卫星系统已逐步走
向实用化，卫星通信网从窄带向宽带过渡，如覆盖美洲的EchoStar-Ka
、ASTROLINK和PAS等。 窄带的中、低轨道卫星移动通信系统将投入运
行，如Iridium 、ICO和 Globalstar等系统。 宽带低轨道系统正在加
紧开发之中，预计在下一个世纪初可陆续发射，用于高速数据和可视电
话传输。如前面所提的Teledesic系统共包括288颗卫星，工作于Ka频段
，寿命设计为10年左右。 小型低轨卫星系统已陆续投入运行，用于低
速数据传输，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系统。 全球定位卫星
系统将面临升级换代的问题。 中、低轨道卫星系统为适应新技术发展
和系统对容量的更大要求已形成了新的演变过渡方案，如Iridium系统
将其运行的卫星数目从66颗增加至96颗。 随着1997年9月26日美国FCC
频率申请计划新周期的开始，Q(31GHz)和V(51.4GHz)频段新系统纷纷推
出，各公司开始申请Q和V频段新系统。 利用卫星通信实现网络互联的
特点十分明显，它可以为大型网络提供主干网络通信服务，特别是可以
实现陆基通信手段而无法、或较难实现的国家范围甚至是洲际远程计算
机网络互联服务。我国目前一些大型计算机网络已实现卫星通信连接，
和国际网络互联卫星通信更是很常用的手段。它的灵活性、可移动性也
是显而易见的。除了作网络之间的互联服务之外，卫星通信甚至开始提
供面向个人的计算机网络通信服务。卫星通信服务现在已经、而且必将
对我国的计算机网络事业的发展起到重要的作用。

清华大学CERNET网络中心 周宜新、有悦
　
本版所有内容的版权保留。任何单位和个人未经译者许可，不得擅自将
本版内容用于各种商业出版等
目的。
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分为网络接入和单机接入两类。许多技术如DDN，xDSL，56K，ISDN，微
波，帧中继，卫星通信等都成为人们的关注对象。为便于大家作网络连
接，我们将从用户应用的角度上陆续介绍这些技术和相关情况。本文简
要介绍卫星数据通信技术。
　
一、概述
      卫星通信传输技术是利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大
跨度、大范围、远距离的电视和数据广播、定点式数据通信、以及漫游
和机动灵活的移动通信服务，是陆基通信系统的扩展和延伸，在边远地
区、山区、海岛、受灾区、远洋船只和远航飞机等应用场所更具独特的
优越性。

       按照系统采用的技术，卫星通信系统可分为静止轨道卫星系统、中
轨道卫星系统和低轨道卫星系统。静止轨道卫星系统技术成熟，成本相
对较低；低轨道卫星系统具有传输延时短、路径损耗小、易实现全球覆
盖和避免了静止轨道的拥挤等优点；而中轨道卫星系统则兼有上述两种
系统的优缺点。

       近年来随着INTERNET的迅速发展，网络上出现了大量多媒体信息，
使得原来本已拥挤的通信线路更加紧张。在现实条件下，INTERNET在现
有的覆盖全球的电信网络之上实现完全陆基连接方式是不可能的。因此
，许多跨国公司把的解决方案寄托在卫星通信网上。甚至Microsoft的
Bill Gates总裁也看重卫星通信市场的广阔前景，联合开发Teledesic
卫星系统，准备在2002年左右发射288颗近地轨道卫星形成覆盖全球各
个角落的计算机网络系统。

       和地面通信网络相比，卫星通信网络有着其许多独特的优点。首先
，极高的工作频率为高带宽的数据传输提供了可能，其Ku波段工作在11
－18GHz，Ka波段工作在18－31GHz，很容易实现上百兆的传输能力；另
外，卫星覆盖面广，采用地球同步静止轨道卫星，运行在36000公里的
高空，只需三颗卫星就能覆盖到地球的每一个角落。但是由于36000公
里的高空距离所造成的240毫秒的空间延时，无法实现实时信息传输。
低轨道卫星通信网络可以减少无线空间传输时延，但需要发射更多的卫
星才能覆盖全球，如Motorola公司的铱系统由66颗卫星组成。
　
二、技术
　
1、空间段技术
卫星通信系统空间段技术的发展体现在卫星星体的重量、功率和尺寸不
断增大，寿命不断延长，星上通信设备和功能不断增强(日趋复杂和完
善)。卫星转发器数目增多，从最少1个增加到48个，同时每个转发器的
容量增加到36MHz(C波段)/54MHz(Ku波段)； 使用频段从C波段(6/4GHz)
移向Ku波段(14/12GHz或14/11GHz)； 星上天线增多，从第四代卫星开
始逐步形成由全球波束、半球波束、区域波束和点波束组成的多波束系
统，频率复用次数增多；
实现星上波束交换。

2、地面段技术
由于固化器件、微电子技术和数字技术的发展，地球地面站以往采用的
超低温参数放大器、速调管或行波管放大器分别可用全固化常温低噪声
放大器和全固化功率放大器来代替；再加上卫星功率不断增大，这些使
得地面站逐步由大变小，天线直径由30米减小到几米甚至不到1米。

3、组网技术
多址复用通信方式使卫星可以同时提供电话、电视和数据通信业务。多
址技术和星上交换技术的发展允许更多的地面站同时合理地利用卫星资
源；除了点对点联网外，还可以实现一点对多点的广播式联网，另外可
根据需要组成星形结构和网状结构的网络。

4、频率复用
卫星系统中通常采用两种办法来实现频率复用。一种办法是同一频带采
用不同极化，如垂直极化和水平极化。左旋圆极化和右旋圆极化等；另
一种办法是不同波束内重复使用同一频带，此办法广泛使用于多波束系
统中。

5、多址技术
目前实现的多址技术主要有频分多址、时分多址和码分多址。

6、多波束和星上交换
多波束技术使得每个波束可以使用同一频率，互不干扰，实现频率多次
复用，增加卫星的总容量，同时使得地面站设备简化。星上交换是指在
多波束卫星上采用动态接续矩阵进行波束交换，按需要把响应的上行波
束和下行波束互连起来，以满足各波束覆盖范围内所有地面站之间的通
信需求。
　
三、组网技术及其应用
以下主要介绍静止轨道卫星系统非移动式数据网络技术及其应用。

1、广播式卫星数据网络
广播式卫星数据网络是将电视信号及其它信息从一地面中心站通过其上
行信道传送至卫星，再通过卫星转发，利用其下行信道广播至各个地面
接收站。其特点是一点对多点的单向传输。应用场合有模拟和数字电视
广播、股票交易所和证券公司实时信息接收网络等。

2、信道竞争式卫星数据网络
信道竞争式卫星数据网络是中心站利用其独有的上下行信道与卫星进行
双向传输，而各地分布的小型地面站按照一定规则去竞争分配带宽固定
的卫星信道，以便和中心站进行双向数据传输。其优点是使用小带宽即
可完成各小站系统与中心站的星形连接。适用于突发性的信息量较少传
输的应用场合。应用实例如云南烟草卫星专用网络等。

3、信道预分配卫星数据网络
信道预分配卫星数据网络是采用一定的调制方式，对卫星信道进行预先
分配或指定，为用户提供基本固定的数据传输通道。其主要应用于流量
较稳定的点对点双向传输，可以为大型数据网络的主干网信道，为其提
供点对点的卫星专用数据线路(SCPC/PA)，网络结构可以根据实际需求
灵活设定，如网状结构或星形结构或树状结构。

4、信道按需分配卫星数据网络(BOD)
信道按需分配卫星数据网络是在信道预分配卫星数据网络的基础上对进
行智能化改善，使其能按照实际流量动态分配卫星信道带宽。其特点是
增加了网络管理的复杂性和难度而获得卫星信道带宽的最佳利用率。信
道按需分配技术是目前卫星应用技术发展的方向之一，如EFData公司的
Phonix系统。

5、混合型卫星数据网络
对于大型的综合数据业务的卫星网络(如中国电信)有时需要采用以上各
种类型网络以满足相应需求。卫星公司必须能提供各种设备和方案以满
足客户的具体要求，从某种意义上而言，卫星公司可以说是混合型卫星
网络的提供者。
　
四、覆盖我国的静止卫星资源介绍
10多年前，除中国、日本、澳大利亚和印度尼西亚有自己的国内卫星通
信外，亚太地区的通信活动以租用国际卫星组织的卫星和海事卫星为主
。近年来，随着亚太地区经济的高速发展，其对通信的需求越来越大，
特别是在卫星通信方面。由于该地区的卫星通信起步较晚，空间段信道
资源极为紧张。值得庆幸的是，本世纪末的卫星发射安排将逐步缓和目
前资源紧张的局面。在卫星市场中，竞争主要表现在对转发器资源和轨
道位置资源两个方面的争夺。以下列表介绍已在轨和近两年内即将发射
的覆盖我国的主要的静止通信卫星情况。

国家和组织卫星名称生产厂家发射时间轨道转发器覆盖范围
　



五、卫星通信的现状和发展趋势
据美国Via Satellite杂志资料，截止1997年5月全球共有172颗在轨静
止轨道卫星，共计有3625个C/Ku频段的转发器(按36MHz带宽计)。另外
，正在建造和计划发射的卫星有81颗，共计2251个转发器。目前，我国
大陆用于国内业务的转发器总数是42个左右(按36MHz带宽计)，总带宽
为1.512GHz。卫星通信的发展趋势如下：传统的C、Ku频段静止轨道卫
星将保持稳定发展，并将以大容量(转发器数量在50个左右)、高功率(
功率为8000瓦至15000瓦)和长寿命(寿命在15年左右)的新系统逐步更换
现有系统。 静止轨道卫星移动通信系统服务对象将从原有的传统用户
转移至缺少陆地服务的边远地区。 Ka频段静止轨道卫星系统已逐步走
向实用化，卫星通信网从窄带向宽带过渡，如覆盖美洲的EchoStar-Ka
、ASTROLINK和PAS等。 窄带的中、低轨道卫星移动通信系统将投入运
行，如Iridium 、ICO和 Globalstar等系统。 宽带低轨道系统正在加
紧开发之中，预计在下一个世纪初可陆续发射，用于高速数据和可视电
话传输。如前面所提的Teledesic系统共包括288颗卫星，工作于Ka频段
，寿命设计为10年左右。 小型低轨卫星系统已陆续投入运行，用于低
速数据传输，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系统。 全球定位卫星
系统将面临升级换代的问题。 中、低轨道卫星系统为适应新技术发展
和系统对容量的更大要求已形成了新的演变过渡方案，如Iridium系统
将其运行的卫星数目从66颗增加至96颗。 随着1997年9月26日美国FCC
频率申请计划新周期的开始，Q(31GHz)和V(51.4GHz)频段新系统纷纷推
出，各公司开始申请Q和V频段新系统。 利用卫星通信实现网络互联的
特点十分明显，它可以为大型网络提供主干网络通信服务，特别是可以
实现陆基通信手段而无法、或较难实现的国家范围甚至是洲际远程计算
机网络互联服务。我国目前一些大型计算机网络已实现卫星通信连接，
和国际网络互联卫星通信更是很常用的手段。它的灵活性、可移动性也
是显而易见的。除了作网络之间的互联服务之外，卫星通信甚至开始提
供面向个人的计算机网络通信服务。卫星通信服务现在已经、而且必将
对我国的计算机网络事业的发展起到重要的作用。

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